DE102018118694A1 - laser diode chip - Google Patents
laser diode chip Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018118694A1 DE102018118694A1 DE102018118694.0A DE102018118694A DE102018118694A1 DE 102018118694 A1 DE102018118694 A1 DE 102018118694A1 DE 102018118694 A DE102018118694 A DE 102018118694A DE 102018118694 A1 DE102018118694 A1 DE 102018118694A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser diode
- diode chip
- heating element
- contact
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
- H01S5/0612—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02453—Heating, e.g. the laser is heated for stabilisation against temperature fluctuations of the environment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0261—Non-optical elements, e.g. laser driver components, heaters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/06837—Stabilising otherwise than by an applied electric field or current, e.g. by controlling the temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2214—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Es wird ein Laserdiodenchip beschrieben, umfassend- einen n-Typ Halbleiterbereich (3), einen p-Typ Halbleiterbereich (5) und eine zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich (3) und dem p-Typ Halbleiterbereich (5) angeordnete aktive Schicht (4),einen n-Kontakt (9) und einen p-Kontakt (8),- mindestens ein Heizelement (14), das an einer dem p-Typ Halbleiterbereich (5) zugewandten Seite des Laserdiodenchips angeordnet sind, wobei das Heizelement (14) als Widerstandsheizung fungiert.A laser diode chip is described, comprising an n-type semiconductor region (3), a p-type semiconductor region (5) and an active layer (4) arranged between the n-type semiconductor region (3) and the p-type semiconductor region (5) ), an n-contact (9) and a p-contact (8), - at least one heating element (14), which are arranged on a side of the laser diode chip facing the p-type semiconductor region (5), the heating element (14) acts as a resistance heater.
Description
Die Erfindung betrifft einen Laserdiodenchip, der sich insbesondere durch eine verbesserte Stabilität der Emissionswellenlänge auszeichnet.The invention relates to a laser diode chip, which is characterized in particular by an improved stability of the emission wavelength.
Laserdiodenchips haben normalerweise eine temperaturabhängige Emissionswellenlänge. Weiterhin kann eine produktionsbedingte Streuung der Emissionswellenlänge bei einer gegebenen Temperatur auftreten. Dies kann speziell für Anwendungen in der Messtechnik unerwünscht sein, wenn z.B. durch spektral schmalbandige Filter Umgebungslicht ausgefiltert werden soll, um das Signal/Rauschverhältnis des Messwerts zu erhöhen. Bei Verwendung dieser schmalbandigen Filter besteht die Gefahr, dass die Wellenlänge des Laserlichts zumindest bei gewissen Temperaturen außerhalb des Transmissionsfensters des Filters liegt und daher das Licht den Detektor nicht erreichen kann. Diese Gefahr ist insbesondere dann groß, wenn der Laserdiodenchip z.B. anwendungsbedingt nicht in einer temperaturkontrollierten Umgebung eingesetzt werden kann, oder wenn der Laser bei unterschiedlichen Leistungen (und damit auch unterschiedlich starker Eigenerwärmung) betrieben werden soll.Laser diode chips usually have a temperature-dependent emission wavelength. Furthermore, production-related scattering of the emission wavelength can occur at a given temperature. This can be particularly undesirable for applications in measurement technology, e.g. if ambient light is to be filtered out by spectrally narrow-band filters in order to increase the signal / noise ratio of the measured value. When using these narrow-band filters, there is a risk that the wavelength of the laser light lies outside the transmission window of the filter, at least at certain temperatures, and therefore the light cannot reach the detector. This risk is particularly great if the laser diode chip e.g. Depending on the application, it cannot be used in a temperature-controlled environment or if the laser is to be operated at different powers (and therefore also at different levels of self-heating).
Eine mögliche Lösung ist eine Temperierung der Umgebung des Lasers. Allerdings muss dafür eine größere Masse geheizt werden, was hohe (Spitzen-)Heizleistungen erfordert, insbesondere wenn die Zielwellenlänge in kurzer Zeit erreicht werden soll. Außerdem ist es bei großem beheizten Massen schwierig, die Temperatur stabil auf dem Zielwert zu halten, da sowohl die Eigenerwärmung des Lasers im Betrieb als auch ggf. schnelle Änderungen der Außentemperatur kompensiert werden müssen.A possible solution is to temper the area around the laser. However, a larger mass must be heated for this, which requires high (peak) heating outputs, especially if the target wavelength is to be reached in a short time. In addition, with large heated masses, it is difficult to keep the temperature stable at the target value, since both the self-heating of the laser during operation and any rapid changes in the outside temperature have to be compensated for.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen verbesserten Laserdiodenchip anzugeben, der sich insbesondere durch eine verbesserte Stabilität der Emissionswellenlänge auszeichnet.One problem to be solved is to provide an improved laser diode chip, which is particularly characterized by an improved stability of the emission wavelength.
Diese Aufgabe wird durch einen Laserdiodenchip gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a laser diode chip according to
Der Laserdiodenchip umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform einen n-Typ Halbleiterbereich, einen p-Typ Halbleiterbereich und eine zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich und dem p-Typ Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht. Der n-Typ Halbleiterbereich, der p-Typ Halbleiterbereich und/oder die aktive Schicht können jeweils eine oder mehrere Halbleiterschichten umfassen. Der Laserdiodenchip weist beispielsweise einen p-Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des p-Typ Halbleiterbereichs und einen n-Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des n-Typ Halbleiterbereichs auf. Der p-Kontakt und/oder der n-Kontakt können insbesondere ein Metall, eine Metalllegierung und/oder eine Schicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid aufweisen.According to at least one embodiment, the laser diode chip comprises an n-type semiconductor region, a p-type semiconductor region and an active layer arranged between the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region. The n-type semiconductor region, the p-type semiconductor region and / or the active layer can each comprise one or more semiconductor layers. The laser diode chip has, for example, a p-contact for electrical contacting of the p-type semiconductor region and an n-contact for electrical contacting of the n-type semiconductor region. The p-contact and / or the n-contact can in particular have a metal, a metal alloy and / or a layer made of a transparent conductive oxide.
Der Laserdiodenchip kann insbesondere ein III-V-Halbleitermaterial aufweisen. In Abhängigkeit von der Emissionswellenlänge kann das Halbleitermaterial beispielsweise ein Arsenidverbindungshalbleitermaterial, ein Phosphidverbindungshalbleitermaterial oder ein Nitridverbindungshalbleitermaterial sein.The laser diode chip can in particular have a III-V semiconductor material. Depending on the emission wavelength, the semiconductor material can be, for example, an arsenide compound semiconductor material, a phosphide compound semiconductor material or a nitride compound semiconductor material.
Der Laserdiodenchip umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Heizelement, das vorzugsweise an einer dem p-Typ Halbleiterbereich zugewandten Seite des Laserdiodenchips angeordnet ist. Insbesondere folgt das Heizelement von der aktiven Schicht aus gesehen dem p-Typ Halbleiterbereich nach. Das Heizelement kann beispielsweise unmittelbar auf dem p-Typ Halbleiterbereich oder vorzugsweise auf einer elektrisch isolierenden Schicht, die auf dem p-Typ Halbleiterbereich angeordnet ist, angeordnet sein.According to at least one embodiment, the laser diode chip comprises a heating element which is preferably arranged on a side of the laser diode chip facing the p-type semiconductor region. In particular, viewed from the active layer, the heating element follows the p-type semiconductor region. The heating element can, for example, be arranged directly on the p-type semiconductor region or preferably on an electrically insulating layer which is arranged on the p-type semiconductor region.
Dass eine Schicht oder ein Element „auf“ oder „über“ einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die Schicht oder das Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.Here and in the following, the fact that a layer or an element is arranged or applied “on” or “above” another layer or another element means that the layer or the element is directly in direct mechanical and / or electrical contact on the other Layer or the other element is arranged. Furthermore, it can also mean that the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element. Further layers and / or elements can then be arranged between the one and the other layer or between the one and the other element.
Dass eine Schicht oder ein Element „zwischen“ zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elemente und in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elemente angeordnet ist. Dabei können bei einem mittelbaren Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Elementen angeordnet sein.The fact that a layer or an element is arranged “between” two other layers or elements can mean here and below that the one layer or the one element is in direct mechanical and / or electrical contact or in indirect contact with one of the other two Layers or elements and is arranged in direct mechanical and / or electrical contact or in indirect contact with the other of the two other layers or elements. In the case of indirect contact, further layers and / or elements can then be arranged between the one and at least one of the two other layers or between the one and at least one of the two other elements.
Das Heizelement ist bevorzugt eine Leiterbahn, die im Betrieb des Laserdiodenchips als Widerstandsheizung fungiert. Insbesondere wird in dem Heizelement elektrische Energie in Wärme umgesetzt und der Laserdiodenchip auf diese Weise gezielt erwärmt. Durch das Heizelement kann der Laserdiodenchip vorteilhaft gezielt auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt werden, bei der der Laserdiodenchip eine vorgegebene Emissionswellenlänge aufweist. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass der Laserdiodenchip eine stabilisierte Emissionswellenlänge aufweist.The heating element is preferably a conductor track which functions as resistance heating during operation of the laser diode chip. In particular, in the The heating element converts electrical energy into heat and the laser diode chip is specifically heated in this way. By means of the heating element, the laser diode chip can advantageously be specifically heated to a predetermined temperature at which the laser diode chip has a predetermined emission wavelength. In this way it is advantageously achieved that the laser diode chip has a stabilized emission wavelength.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Laserdiodenchip auf einer Wärmesenke angeordnet, wobei die aktive Schicht zwischen dem Heizelement und der Wärmesenke angeordnet ist. Mit anderen Worten liegt das Heizelement bei dieser Ausgestaltung von der aktiven Schicht aus gesehen der Wärmesenke gegenüber. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Heizung der aktiven Schicht durch das Heizelement, da die Wärmepfade zwischen dem Heizelement und der Wärmesenke in diesem Fall durch aktive Schicht verlaufen und vorteilhaft keine parasitären Wärmepfade existieren. Bei dieser Ausgestaltung ist insbesondere der n-Typ Halbleiterbereich des Laserdiodenchips der Wärmesenke zugewandt, beispielsweise kann der n-Typ Halbleiterbereich mittels einer Verbindungschicht wie zum Beispiel einer Lotschicht mit der Wärmesenke verbunden sein. Das Heizelement ist in diesem Fall insbesondere an der dem Umgebungsmedium zugewandten Seite des Laserdiodenchips angeordnet. Die Wärmesenke ist vorteilhaft aus einem thermisch gut leitenden Material wie zum Beispiel Kupfer gebildet.In accordance with at least one embodiment, the laser diode chip is arranged on a heat sink, the active layer being arranged between the heating element and the heat sink. In other words, in this embodiment, the heating element is opposite the heat sink when viewed from the active layer. This enables a particularly efficient heating of the active layer by the heating element, since the heat paths between the heating element and the heat sink in this case run through the active layer and advantageously no parasitic heat paths exist. In this embodiment, in particular the n-type semiconductor region of the laser diode chip faces the heat sink, for example the n-type semiconductor region can be connected to the heat sink by means of a connection layer such as a solder layer. In this case, the heating element is arranged in particular on the side of the laser diode chip facing the surrounding medium. The heat sink is advantageously formed from a thermally highly conductive material such as copper.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen das Heizelement und der p-Kontakt des Laserdiodenchips das gleiche Material auf. Der Herstellungsaufwand des Heizelements ist in diesem Fall vorteilhaft gering, da keine Schicht aus einem zusätzlichen Material aufgebracht werden muss. Insbesondere kann zur Herstellung des Heizelements das gleiche Beschichtungsverfahren und/oder das gleiche Strukturierungsverfahren eingesetzt werden wie zur Herstellung des p-Kontakts. Vorzugsweise weist das Heizelement zumindest eines der Metalle Gold, Titan, Platin und Palladium auf.In a preferred embodiment, the heating element and the p-contact of the laser diode chip have the same material. The manufacturing cost of the heating element is advantageously low in this case, since no layer made of an additional material has to be applied. In particular, the same coating method and / or the same structuring method can be used for producing the heating element as for producing the p-contact. The heating element preferably has at least one of the metals gold, titanium, platinum and palladium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement nicht zur Injektion eines Betriebsstroms in die aktive Schicht des Laserdiodenchips vorgesehen. Hierdurch unterscheidet sich das Heizelement insbesondere von dem p-Kontakt des Laserdiodenchips, der aus dem gleichen Material wie das Heizelement bestehen kann.In accordance with at least one embodiment, the heating element is not provided for injecting an operating current into the active layer of the laser diode chip. In this way, the heating element differs in particular from the p-contact of the laser diode chip, which can consist of the same material as the heating element.
Das Heizelement ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung mit elektrischen Kontakten verbunden, die nicht mit einem p-Kontakt oder einem n-Kontakt des Laserdiodenchips verbunden sind. Die Stromkreise für das Heizelement und den Laserdiodenchip sind in diesem Fall vollständig getrennt. Der Stromfluss durch das Heizelement kann somit unabhängig vom Stromfluss durch die aktive Schicht geregelt werden.In a preferred embodiment, the heating element is connected to electrical contacts which are not connected to a p-contact or an n-contact of the laser diode chip. The circuits for the heating element and the laser diode chip are completely separated in this case. The current flow through the heating element can thus be regulated independently of the current flow through the active layer.
Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Heizelement einen gemeinsamen Kontakt mit dem Laserdiodenchip auf. Der gemeinsame Kontakt ist vorzugsweise der p-Kontakt des Laserdiodenchips. Dieser gemeinsame Kontakt kann verwendet werden, um den Stromfluss durch den Laserdiodenchip und das Heizelement unabhängig voneinander zu regeln, wenn der Laserdiodenchip und das Heizelement gleichzeitig betrieben werden. Zur Vereinfachung der Regelung ist es auch möglich, den Laserdiodenchip und das Heizelement nur abwechselnd und nicht gleichzeitig zu betreiben.In an alternative embodiment, the heating element has a common contact with the laser diode chip. The common contact is preferably the p-contact of the laser diode chip. This common contact can be used to regulate the current flow through the laser diode chip and the heating element independently of one another when the laser diode chip and the heating element are operated simultaneously. To simplify the regulation, it is also possible to operate the laser diode chip and the heating element only alternately and not at the same time.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement über einem p-Kontakt des Laserdiodenchips angeordnet, wobei zwischen dem Heizelement und dem p-Kontakt eine Passivierungsschicht, beispielsweise eine Siliziumoxidschicht oder eine Siliziumnitridschicht, angeordnet ist.In accordance with at least one embodiment, the heating element is arranged above a p-contact of the laser diode chip, a passivation layer, for example a silicon oxide layer or a silicon nitride layer, being arranged between the heating element and the p-contact.
Bei einer Ausgestaltung weist der Laserdiodenchip einen Rippenwellenleiter (Ridge) auf, wobei das Heizelement parallel zum Rippenwellenleiter angeordnet ist. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, den durch den Rippenwellenleiter definierten optisch aktiven Bereich gleichmäßig zu beheizen. Vorzugsweise entspricht die Länge des Heizelements im Wesentlichen der Länge des Rippenwellenleiters.In one configuration, the laser diode chip has a ridge waveguide (ridge), the heating element being arranged parallel to the ridge waveguide. In this way, it is advantageously possible to uniformly heat the optically active region defined by the fin waveguide. The length of the heating element preferably corresponds essentially to the length of the fin waveguide.
Bei einer Ausgestaltung ist der p-Typ Halbleiterbereich bereichsweise mit einer Passivierungsschicht bedeckt, wobei das Heizelement auf der Passivierungsschicht angeordnet ist. In diesem Fall ist das Heizelement vorteilhaft nur durch die Passivierungsschicht von dem p-Typ Halbleiterbereich getrennt, so dass das Halbleitermaterial effektiv beheizt werden kann.In one configuration, the p-type semiconductor region is partially covered with a passivation layer, the heating element being arranged on the passivation layer. In this case, the heating element is advantageously separated from the p-type semiconductor region only by the passivation layer, so that the semiconductor material can be heated effectively.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement zumindest bereichsweise durch eine metallische Anwachsschicht (engl. seed layer) gebildet. Die metallische Anwachsschicht kann Bereiche aufweisen, die zur Abscheidung des p-Kontakts vorgesehen sind. Mit Vorteil ist das Heizelement bei dieser Ausgestaltung durch einen Bereich der Anwachsschicht gebildet, wobei die Anwachsschicht ohnehin zur Herstellung des p-Kontakts auf die Halbleiterschichtenfolge des Laserdiodenchips aufgebracht und strukturiert wird. Der Herstellungsaufwand zur Herstellung des Heizelements ist deshalb vorteilhaft gering. Die Anwachsschicht kann eine oder mehrere metallische Schichten, beispielsweise eine Ti/Pd/Au-Schichtenfolge oder eine Ti/Pt/Au-Schichtenfolge aufweisen. In accordance with at least one embodiment, the heating element is formed, at least in regions, by a metallic seed layer. The metallic growth layer can have areas which are provided for the deposition of the p-contact. In this embodiment, the heating element is advantageously formed by a region of the growth layer, the growth layer being applied and structured anyway to produce the p-contact on the semiconductor layer sequence of the laser diode chip. The manufacturing outlay for producing the heating element is therefore advantageously low. The growth layer can have one or more metallic layers, for example a Ti / Pd / Au layer sequence or a Ti / Pt / Au layer sequence.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement zumindest bereichsweise eine galvanische Schicht. Bei dieser Ausgestaltung wird das Heizelement vorteilhaft durch eine galvanische Abscheidung hergestellt. Es wird somit vorteilhaft ein Prozess zur Herstellung des Heizelements verwendet, der vorteilhaft auch zur Herstellung des p-Kontakts des Laserdiodenchips verwendet wird. Dadurch vermindert sich der Herstellungsaufwand vorteilhaft.According to at least one embodiment, the heating element is a galvanic layer, at least in some areas. In this embodiment, the heating element is advantageously produced by galvanic deposition. A process for producing the heating element is therefore advantageously used, which is also advantageously used for producing the p-contact of the laser diode chip. This advantageously reduces the manufacturing outlay.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Strompfad durch den p-Typ Halbleiterbereich zwischen dem Heizelement und dem p-Kontakt des Laserdiodenchips ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung kann der Heizstrom über einen Heizkontakt, der mit dem p-Typ Halbleiterbereich elektrisch leitend verbunden ist, zugeführt werden und fließt von dort zum p-Kontakt. Auf diese Weise wird in dem p-Typ Halbleiterbereich ein zusätzlicher Strompfad erzeugt, der nicht zum n-Kontakt führt. Durch den Stromfluss entlang dieses Strompfads erwärmt sich das Halbleitermaterial, so dass der p-Typ Halbleiterbereich als Heizelement fungiert. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass das Halbleitermaterial selbst direkt geheizt wird. Vorzugsweise werden der Laserdiodenchip und das Heizelement bei dieser Ausgestaltung nicht gleichzeitig betrieben. Der Laserdiodenchip und das Heizelement können beispielsweise abwechselnd betrieben werden.In accordance with at least one embodiment, a current path is formed through the p-type semiconductor region between the heating element and the p-contact of the laser diode chip. In this embodiment, the heating current can be supplied via a heating contact, which is electrically conductively connected to the p-type semiconductor region, and flows from there to the p-contact. In this way, an additional current path is generated in the p-type semiconductor region, which does not lead to the n-contact. The semiconductor material heats up due to the current flow along this current path, so that the p-type semiconductor region functions as a heating element. An advantage of this configuration is that the semiconductor material itself is heated directly. In this embodiment, the laser diode chip and the heating element are preferably not operated simultaneously. The laser diode chip and the heating element can be operated alternately, for example.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement an eine Steuervorrichtung angeschlossen, die dazu eingerichtet ist, die Heizleistung des Heizelements zu regeln. Die Steuervorrichtung kann insbesondere einen Stromfluss durch das Heizelement regeln, um auf diese Weise die Heizleistung einzustellen. Die Steuervorrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die Heizleistung derart zu regeln, dass die Emissionswellenlänge des Laserdiodenchips innerhalb einer vorgegebenen Toleranz in einem Sollwertbereich liegt.According to at least one embodiment, the heating element is connected to a control device which is set up to regulate the heating power of the heating element. The control device can in particular regulate a current flow through the heating element in order to set the heating power in this way. The control device can in particular be set up to regulate the heating power in such a way that the emission wavelength of the laser diode chip lies within a predetermined tolerance in a target value range.
Die Regelung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass zumindest ein Teil der emittierten Strahlung auf ein optisches Filter gelenkt wird, das bei der gewünschten Emissionswellenlänge ein Transmissionsfenster aufweist. Die Heizleistung des Heizelements kann in diesem Fall derart geregelt werden, dass ein Detektorelement hinter dem optischen Filter eine maximale Intensität detektiert. Wenn sich die Wellenlänge der emittierten Strahlung ändert, kann die Heizleistung derart geregelt werden, dass die von dem Detektorelement detektierte Intensität maximiert wird.The regulation can take place, for example, by directing at least part of the emitted radiation onto an optical filter which has a transmission window at the desired emission wavelength. In this case, the heating power of the heating element can be regulated in such a way that a detector element behind the optical filter detects a maximum intensity. If the wavelength of the emitted radiation changes, the heating power can be regulated in such a way that the intensity detected by the detector element is maximized.
Der Laserdiodenchip wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den
Es zeigen:
-
1A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem ersten Beispiel, -
1B eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Laserdiodenchips gemäß dem ersten Beispiel, -
1C eine Detailansicht des Laserdiodenchips gemäß dem ersten Beispiel, -
2A und2B jeweils beispielhafte Darstellungen der Stromkreise des Heizelements und des Laserdiodenchips, -
3A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem zweiten Beispiel, -
3B eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Laserdiodenchips gemäß dem zweiten Beispiel, -
3C eine Detailansicht des Laserdiodenchips gemäß dem zweiten Beispiel, -
3D eine weitere Detailansicht des Laserdiodenchips gemäß dem zweiten Beispiel, -
4A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem dritten Beispiel, -
4B eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den Laserdiodenchip gemäß einem vierten Beispiel, -
5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem fünften Beispiel, -
6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem sechsten Beispiel, -
7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem siebten Beispiel, -
8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Laserdiodenchip gemäß einem achten Beispiel.
-
1A -
1B -
1C -
2A and2 B exemplary representations of the circuits of the heating element and the laser diode chip, -
3A -
3B -
3C -
3D -
4A -
4B -
5 1 shows a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to a fifth example, -
6 1 shows a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to a sixth example, -
7 2 shows a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to a seventh example, -
8th is a schematic representation of a cross section through the laser diode chip according to an eighth example.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.The same or equivalent components are provided with the same reference numerals in the figures. The components shown and the proportions of the components among one another are not to be considered as true to scale.
In den
Die aktive Schicht
Die Halbleiterschichtenfolge
In dem p-Typ Halbleiterbereich
Der auf dem p-Typ Halbleiterbereich
Die Anwachsschicht
Der Laserdiodenchip weist an einer dem p-Typ Halbleiterbereich
Wie in der Draufsicht in
Das Heizelement
Der Laserdiodenchip ist vorteilhaft an dem n-Kontakt 9 mit einer Wärmesenke
Zur elektrischen Verschaltung des Heizelements
Wie in
Ein Ausführungsbeispiel des Laserdiodenchips, bei dem das Heizelement
Die beiden in den Beispielen der
Die
Bei dem Ausführungsbeispiel der
Bei dem Ausführungsbeispiel der
Wie bei dem vorherigen Beispiel der
Außerdem wird in
Alle zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele zeichnen sich dadurch aus, dass der zusätzliche Aufwand bei der Herstellung des Laserdiodenchips nur gering ist, da die Heizelemente
Durch die geringe zu heizende Masse sind geringe Heizleistungen notwendig, um die aktive Schicht
Eine Regelung der Emissionswellenlänge kann auch dazu verwendet werden, eine eventuelle produktionsbedingte Streuung der Wellenlänge mehrerer Laserdiodenchips zu kompensieren, indem die Temperatur des Laserdiodenchips in Abhängigkeit von der Wellenlänge so geregelt wird, dass der Laser bei der gewünschten Wellenlänge emittiert.Regulation of the emission wavelength can also be used to compensate for any production-related scatter in the wavelength of several laser diode chips, by regulating the temperature of the laser diode chip as a function of the wavelength so that the laser emits at the desired wavelength.
Wenn das Heizelement
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wärmesenkeheat sink
- 22
- HalbleiterschichtenfolgeSemiconductor layer sequence
- 33
- n-Typ Halbleiterbereichn-type semiconductor area
- 44
- aktive Schichtactive layer
- 55
- p-Typ Halbleiterbereichp-type semiconductor area
- 66
- Passivierungsschichtpassivation
- 77
- AnwachsschichtAnwachsschicht
- 88th
- p-Kontaktp-contact
- 99
- n-Kontaktn-contact
- 1010
- Metallschichtmetal layer
- 1111
- AnwachsschichtAnwachsschicht
- 1212
- Passivierungsschichtpassivation
- 1313
- RippenwellenleiterRidge waveguide
- 1414
- Heizelementheating element
- 14a14a
- Kontaktflächecontact area
- 1515
- Strompfadcurrent path
- 1616
- Strompfadcurrent path
Claims (15)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018118694.0A DE102018118694A1 (en) | 2018-08-01 | 2018-08-01 | laser diode chip |
DE112019003878.8T DE112019003878A5 (en) | 2018-08-01 | 2019-07-30 | Laser diode chip |
PCT/EP2019/070523 WO2020025626A1 (en) | 2018-08-01 | 2019-07-30 | Laser diode chip |
US17/263,786 US12080995B2 (en) | 2018-08-01 | 2019-07-30 | Laser diode chip |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018118694.0A DE102018118694A1 (en) | 2018-08-01 | 2018-08-01 | laser diode chip |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018118694A1 true DE102018118694A1 (en) | 2020-02-06 |
Family
ID=67544223
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018118694.0A Withdrawn DE102018118694A1 (en) | 2018-08-01 | 2018-08-01 | laser diode chip |
DE112019003878.8T Pending DE112019003878A5 (en) | 2018-08-01 | 2019-07-30 | Laser diode chip |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE112019003878.8T Pending DE112019003878A5 (en) | 2018-08-01 | 2019-07-30 | Laser diode chip |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US12080995B2 (en) |
DE (2) | DE102018118694A1 (en) |
WO (1) | WO2020025626A1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5173909A (en) * | 1990-07-13 | 1992-12-22 | Hitachi, Ltd. | Wavelength tunable laser diode |
US20020090011A1 (en) * | 2000-10-30 | 2002-07-11 | Bardia Pezeshki | Laser thermal tuning |
US20060045147A1 (en) * | 2004-08-30 | 2006-03-02 | Yongkun Sin | Focused ion beam heater thermally tunable laser |
US20080025355A1 (en) * | 2006-07-26 | 2008-01-31 | Martin Hai Hu | Semiconductor laser micro-heating element structure |
US20150078411A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Alpes Lasers Sa | Tunable laser, a method for making, and a method for operating such a laser |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59146069A (en) * | 1983-02-08 | 1984-08-21 | Canon Inc | Stabilizing device of light source |
US5140605A (en) * | 1991-06-27 | 1992-08-18 | Xerox Corporation | Thermally stabilized diode laser structure |
JPH05315706A (en) * | 1992-05-11 | 1993-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser |
JP3444703B2 (en) | 1995-09-07 | 2003-09-08 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor laser |
AU6725298A (en) * | 1997-02-27 | 1998-09-18 | Deutsche Telekom Ag | Optoelectronic component |
DE19717545A1 (en) | 1997-02-27 | 1998-09-03 | Deutsche Telekom Ag | Optoelectronic component with spatially adjustable temperature distribution |
JP4074724B2 (en) * | 1999-04-07 | 2008-04-09 | 日本オプネクスト株式会社 | Wavelength tunable light source and optical apparatus using the same |
GB2408847B (en) * | 2003-12-04 | 2006-11-01 | Agilent Technologies Inc | Semiconductor laser with integrated heating element and method of manufacturing same |
JP4164679B2 (en) * | 2004-02-16 | 2008-10-15 | セイコーエプソン株式会社 | Surface emitting semiconductor laser |
DE202005015673U1 (en) * | 2005-10-03 | 2005-12-15 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Monolithic integrated BH-laser structure, has diffusion active laser layer exhibiting integrated tapering in lateral direction towards on front facet in formation of structure as reinforcement unit |
WO2007129544A1 (en) * | 2006-05-01 | 2007-11-15 | Anritsu Corporation | Semiconductor light emitting element and variable wavelength laser light source |
DE102007039219B4 (en) * | 2007-08-20 | 2010-04-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Spectrally tunable laser module |
JP2011029426A (en) * | 2009-07-27 | 2011-02-10 | Qd Laser Inc | Laser system |
US9246307B1 (en) * | 2014-10-08 | 2016-01-26 | Futurewei Technologies, Inc. | Thermal compensation for burst-mode laser wavelength drift |
US9537287B2 (en) * | 2014-10-08 | 2017-01-03 | Futurewei Technologies, Inc. | Thermal compensation for burst-mode laser wavelength drift |
CN112838472B (en) * | 2015-03-06 | 2023-12-26 | 苹果公司 | Independent control of emission wavelength and output power of semiconductor laser |
DE102016106734A1 (en) | 2015-12-14 | 2017-06-14 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Support for an optoelectronic component, method for producing a support for an optoelectronic component, wafers and soldering methods |
KR102078573B1 (en) * | 2017-01-19 | 2020-02-20 | 한국전자통신연구원 | distributed Bragg reflector(DBR)- tunable laser diode |
-
2018
- 2018-08-01 DE DE102018118694.0A patent/DE102018118694A1/en not_active Withdrawn
-
2019
- 2019-07-30 US US17/263,786 patent/US12080995B2/en active Active
- 2019-07-30 DE DE112019003878.8T patent/DE112019003878A5/en active Pending
- 2019-07-30 WO PCT/EP2019/070523 patent/WO2020025626A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5173909A (en) * | 1990-07-13 | 1992-12-22 | Hitachi, Ltd. | Wavelength tunable laser diode |
US20020090011A1 (en) * | 2000-10-30 | 2002-07-11 | Bardia Pezeshki | Laser thermal tuning |
US20060045147A1 (en) * | 2004-08-30 | 2006-03-02 | Yongkun Sin | Focused ion beam heater thermally tunable laser |
US20080025355A1 (en) * | 2006-07-26 | 2008-01-31 | Martin Hai Hu | Semiconductor laser micro-heating element structure |
US20150078411A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Alpes Lasers Sa | Tunable laser, a method for making, and a method for operating such a laser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020025626A1 (en) | 2020-02-06 |
US12080995B2 (en) | 2024-09-03 |
US20210305776A1 (en) | 2021-09-30 |
DE112019003878A5 (en) | 2021-04-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011055891B4 (en) | Semiconductor laser diode | |
DE102009060747B4 (en) | semiconductor chip | |
DE4310578C2 (en) | Wavelength-tunable semiconductor laser | |
DE102017108949B4 (en) | Semiconductor chip | |
DE102016125857B4 (en) | semiconductor laser diode | |
DE102006061532A1 (en) | Edge-emitting semiconductor laser with a plurality of monolithically integrated laser diodes | |
DE102012106687A1 (en) | ridge lasers | |
EP1929552B1 (en) | Optoelectronic semiconductor component with current spreading layer | |
DE102017109809B4 (en) | Method for producing a semiconductor chip | |
DE102015116336A1 (en) | Semiconductor laser | |
EP1201013B1 (en) | Multi-semiconductor laser structure with narrow wavelength division | |
DE102016106949B4 (en) | Edge emitting semiconductor laser | |
DE102018123320A1 (en) | Phase-coupled laser arrangement and method for producing a phase-coupled laser arrangement | |
DE102007051315A1 (en) | Method for producing a radiation-emitting component and radiation-emitting component | |
EP1605561A2 (en) | Lightemitting semiconductor element | |
WO2020234112A1 (en) | Optoelectronic semiconductor chip | |
DE102018118694A1 (en) | laser diode chip | |
WO2021214131A1 (en) | Radiation-emitting semiconductor laser and method for operating a radiation-emitting semiconductor laser | |
DE102017101422B4 (en) | Diode laser with improved mode profile | |
DE112019005619B4 (en) | DIODE LASER AND METHOD OF OPERATING A DIODE LASER | |
WO2019121407A1 (en) | Semiconductor laser, operating method for a semiconductor laser, and method for determining the optimum fill factor of a semiconductor laser | |
DE102006044782A1 (en) | Reference-laser diode device for laser arrangement, has active regions arranged next to each other and whose lateral dimension is varied in lateral direction and/or distance of adjacent active regions is varied in lateral direction | |
WO2013041279A1 (en) | Radiation-emitting semiconductor chip | |
DE102020123854A1 (en) | OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING AN OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR DEVICE | |
DE102013102328A1 (en) | Semiconductor laser array |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |